戴偉民:集成電路產業進入輕設計模式,Chiplet帶來新機遇

2020-12-13 集微網

集微網消息（文/Jimmy），12月10日-12月11日，中國集成電路設計業2020年會暨重慶集成電路產業創新發展高峰論壇在重慶舉行。芯原股份創始人、董事長兼總裁戴偉民發表主題為「芯火燎原，科創未來」的演講。

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戴偉民表示，集成電路產業進入輕設計模式。半導體產業發展到今天，每一個新的模式出現都與歷史背景和工業情況有關。全球半導體產業的三次轉移，從軍工主導的美國開始，到日韓的家電IDM形式，再到中國臺灣的代工王朝，現在到更碎片化的中國大陸，這都是有原因的。

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近年來，隨著半導體工藝的不斷下探，晶片上電晶體數量增長的速度不斷超越人們的想像，並支撐了手機晶片性能的不斷升級。

在16nm工藝下，蘋果手機晶片的電晶體數目為33億個，在7nm工藝下為69億個，在5nm工藝時預計達100億個。單位面積下電晶體數量的快速上升促使電晶體的單位成本快速下降 ，蘋果公司晶片每電晶體的生產成本在16nm工藝下為4.98美元/10億個電晶體，在7nm工藝下僅為2.65美元/10億個電晶體。

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與電晶體成本走勢恰好相反，晶片設計的成本正逐年攀升。戴偉民指出，以工藝製程處於主流應用時期的設計成本為例，工藝節點為28nm時，單顆晶片設計成本約為0.41億美元，而工藝節點為 7nm時，設計成本則快速升至約2.22億美元。其中早期使用和成熟期使用的成本相差一倍以上，但成熟期的使用成本仍非常昂貴。

「三十年前，行業的固定成本（CaPex）問題在臺積電主導的晶圓代工模式下迎刃而解。如今，行業面臨的營業成本（OPex）問題，正是芯原致力於解決的難題。」戴偉民進一步指出，「企業不需要把所有的IP大包大攬，只需要專注在核心的關鍵技術上。而一些通用的IP則可以交給芯原這樣的晶片設計服務公司。

「產業升級催生輕設計模式。」

戴偉民介紹，芯原目前擁有5大數字IP，包括GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP和ISP IP；共計 1400多個數模混合IP和射頻IP ，全球範圍內擁有有效發明專利128項、商標74項；在中國境內登記集成電路布圖設計專有權132項、軟體著作權12項以及豐富的技術秘密儲備。

整體來看，儘管芯原IP銷售的「量」不是最多的，但「種類」已經極為豐富，這完美的契合了芯粒（Chiplet）這種異構集成的IP復用模式。

戴偉民認為，先進工藝中只有22nm、12nm和5nm這三個工藝節點是「長命節點」，其他中間節點的「壽命」都比較短。而且，並非每種晶片都需要5nm這樣的尖端工藝，因為不是每一家公司都能負擔起5nm工藝的成本，於是Chiplet這種將不同工藝節點的die混封的新形態是未來晶片的重要趨勢之一。

據Omdia數據顯示，全球Chiplet處理器晶片市場規模預計到2024年達58億美元，而到2035年將是570億美元。

Chiplet源於Marvell創始人周秀文 (Sehat Sutardja)博士在ISSCC 2015上提出MoChi(Modular Chip，模塊化晶片)架構的概念。MoChi是許多應用的基準架構，包括物聯網、智能電視、智慧型手機、伺服器、筆記本電腦、存儲設備等。

但目前的Chiplet由AMD領跑。AMD以實現性能、功耗和成本的平衡為目標，推行Chiplet設計，並提出performance/W 和performance/$ 衡量標準。Chiplet具有成本效應，但其造價隨著核數的下降而變緩，因此可能有一個價格的均衡點來判斷是否採用Chiplet。

戴偉民在演講中還特別強調了，封裝和接口對於Chiplet的重要性。臺積電的CoWoS技術和英特爾的Foveros 3D立體封裝技術都為Chiplet的發展奠定了基礎，目前已有的Chiplet封裝技術包括Organic Substrates、Passive Interposer (2.5D) 以及Silicon Bridges。另外還可以通過有源中介層集成很多有源器件，包括模擬電路、IO接口、各種接口的物理層、可擴展的片上網絡等。

為了讓IP更具象、更靈活的被應用在Chiplet裡面，芯原提出了IP as a Chip（IaaC）的理念，旨在以Chiplet實現特殊功能IP從軟到硬的「即插即用」 ，解決7nm、5nm及以下工藝中性能與成本的平衡，並降低較大規模晶片的設計時間和風險。

目前，芯原的5nm項目已經取得初步成果，5nm FinFET晶片的設計研發已經開始，晶片設計中NPU IP的邏輯綜合已完成，初步仿真結果符合期望目標。

「Chiplet帶來新的產業機會，」戴偉民總結道。晶片設計環節能夠降低大規模晶片設計的門檻；半導體IP授權商能升級為Chiplet供應商，提升IP的價值且有效降低晶片客戶的設計成本；晶片製造與封裝環節能夠增設多晶片模塊(Multi-Chip Module，MCM)業務，Chiplet迭代周期遠低於ASIC，可提升晶圓廠和封裝廠的產線利用率；標準與生態環節，則能夠建立起新的可互操作的組件、互連、協議和軟體生態系統。

（校對/叨叨）

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